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Con tanta conversación sobre el M1 de Apple y los chips para teléfonos inteligentes en estos días, es posible que escuche sobre los diseños de “sistema en un chip” (SoC) que se usan en ellos. Pero, ¿qué son los SoC y en qué se diferencian de las CPU y los microprocesadores? Te lo explicaremos.

Sistema en un chip: la definición rápida

Un sistema en un chip es un circuito integrado que combina muchos elementos de un sistema informático en un solo chip. Un SoC siempre incluye una CPU, pero también puede incluir memoria del sistema, controladores periféricos (para USB, almacenamiento) y periféricos más avanzados, como unidades de procesamiento de gráficos (GPU), circuitos de redes neuronales especializados, módems de radio (para Bluetooth o Wi-Fi). Fi) y más.

Un enfoque de sistema en un chip contrasta con una PC tradicional con un chip de CPU y chips de controlador separados, una GPU y RAM que se pueden reemplazar, actualizar o intercambiar según sea necesario. El uso de SoC hace que las computadoras sean más pequeñas, más rápidas, más baratas y con menos consumo de energía.

Una breve historia de la integración de la electrónica

Desde principios del siglo XX, la progresión de la electrónica ha seguido un camino predecible con respecto a dos grandes tendencias: la miniaturización y la integración. La miniaturización ha hecho que los componentes electrónicos individuales, como condensadores , resistencias y transistores, se reduzcan con el tiempo. Y con la invención del circuito integrado (IC) en 1958, la integración ha combinado varios componentes electrónicos en una sola pieza de silicio, lo que permite una miniaturización aún mayor.

A medida que esta miniaturización de la electrónica tuvo lugar durante el siglo XX, las computadoras también se hicieron más pequeñas. Las primeras computadoras digitales estaban hechas de grandes componentes discretos, como relés o tubos de vacío. Más tarde, utilizaron transistores discretos, luego grupos de circuitos integrados. En 1972, Intel combinó los elementos de una unidad central de procesamiento (CPU) de computadora en un solo circuito integrado, y nació el primer microprocesador comercial de un solo chip . Con el microprocesador, las computadoras podrían ser más pequeñas y consumir menos energía que nunca.

Ingrese el microcontrolador y el sistema en un chip

En 1974, Texas Instruments lanzó el primer microcontrolador , que es un tipo de microprocesador con RAM y dispositivos de E / S integrados con una CPU en un solo chip. En lugar de necesitar circuitos integrados separados para una CPU, RAM, controlador de memoria, controlador en serie y más, todo eso podría colocarse en un solo chip para pequeñas aplicaciones integradas como calculadoras de bolsillo y juguetes electrónicos.

Durante la mayor parte de la era de las PC, el uso de un microprocesador con chips de controlador, RAM y hardware de gráficos separados dio como resultado las computadoras personales más flexibles y potentes. Los microcontroladores eran generalmente demasiado limitados para ser buenos para tareas informáticas generales, por lo que se mantuvo el método tradicional de usar microprocesadores con chips de soporte discretos.

Recientemente, el impulso hacia los teléfonos inteligentes y las tabletas ha impulsado la integración incluso más allá de los microprocesadores o microcontroladores. El resultado es el sistema en un chip, que puede empaquetar muchos elementos de un sistema informático moderno (GPU, módem celular, aceleradores AI, controlador USB, interfaz de red) junto con la CPU y la memoria del sistema en un solo paquete. Es un paso más en la continua integración y miniaturización de la electrónica que probablemente continuará en el futuro.

¿Por qué utilizar un sistema en un chip?

Poner más elementos de un sistema informático en una sola pieza de silicio reduce los requisitos de energía, reduce los costos, aumenta el rendimiento y reduce el tamaño físico. Todo eso ayuda enormemente cuando se trata de crear teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles cada vez más potentes que consumen menos batería.

Por ejemplo, Apple se enorgullece de fabricar dispositivos informáticos compactos y capaces. Durante los últimos 14 años, Apple ha utilizado SoC en sus líneas de iPhone y iPad. Al principio, utilizaron SoC basados ​​en ARM diseñados por otras empresas. En 2010, Apple presentó el A4 SoC , que fue el primer iPhone SoC diseñado por Apple. Desde entonces, Apple ha repetido su serie A de chips con gran éxito. Los SoC ayudan a los iPhones a consumir menos energía mientras se mantienen compactos y se vuelven más capaces todo el tiempo. Otros fabricantes de teléfonos inteligentes también usan SoC.

Hasta hace poco, los SoC rara vez aparecían en las computadoras de escritorio. En 2020, Apple presentó el M1 , su primer SoC para Mac de escritorio y portátiles. El M1 combina CPU, GPU, memoria y más en una sola pieza de silicio. En 2021, Apple mejoró el M1 con el M1 Pro y el M1 Max . Los tres chips brindan a las Mac un rendimiento impresionante al mismo tiempo que consumen potencia en relación con la arquitectura de microprocesador discreto tradicional que se encuentra en la mayoría de las PC.

La Raspberry Pi 4 , una computadora popular para aficionados, también usa un sistema en un chip (un Broadcom BCM2711 ) para sus funciones principales, lo que mantiene el costo del dispositivo bajo (alrededor de $ 35) mientras proporciona mucha energía. El futuro es brillante para los SoC, que continúan la tradición de integración y miniaturización de la electrónica que comenzó hace más de un siglo. ¡Tiempos emocionantes por delante!